CN102773406A - 回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料 - Google Patents

Abstract

本发明涉及回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料，其通过回收处理旧型壳，对旧型壳进行分类加工，获得旧型壳粉料，将旧型壳粉料用于制作铸造涂料的耐火骨料，旧型壳的回收处理方法的步骤是：(1)将旧型壳分为三类；(2)进行人工分拣，除去杂物；(3)分拣后的物料送入烘干窑烘干；(4)用破碎机将烘干后的物料分别破碎，除铁，过筛，获取筛下物料；(5)将步骤（4）的筛下物料磨粉至所要求的粉料粒度；(6)分别检测上述的三类粉料的化学成分。将旧型壳粉料用于制作铸造涂料的主耐火骨料的步骤是：(1)先确定三类粉料组分；(2)将这三类耐火粉料或单独或复合，或在此基础上再添加不超过30%～40%新的耐火粉料，作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料。

Description

回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料

技术领域

本发明涉及一种资源化回收利用作铸造涂料的耐火骨料，特别是回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料。其是一种将回收的熔模铸造旧型壳粉料用于铸造涂料的耐火骨料。

技术背景

据申请人所知，熔模铸造是在由易熔材料制成的模样上涂敷耐火材料形成型壳，再浇注液态金属熔出模样，在注入液态金属冷却后，获得铸件的方法。据有关于资料介绍，我国每年生产的熔模铸件近2000万吨，这将会产生200万吨～300万吨熔模铸造旧型壳。值得指出的是，作为型壳的面层和加固层的耐火材料，主要含有石英，锆石，电熔刚玉、熔融石英和包括高铝矾土、莫来石类的铝-硅系耐火材料等。

目前，对于这些旧型壳的处理，绝大多数铸造企业采取丢弃或填埋的方式，这样带来的后果是，既占用土地又污染环境，同时增加了企业运输和环保成本。

事实上，在旧型壳中通常含有约10%～20%的锆石，或20%～30%的电熔刚玉，或20%～30%的熔融石英，或20%～80%的铝-硅系耐火材料，这些都是价高、优质的耐火材料，其中锆石的价格高达20000元/吨，电熔刚玉12000元/吨，熔融石英6000元/吨，其它铝-硅系耐火材料也在2000元/吨左右。

据有关技术资料介绍，由锆石制成的锆石砂（粉）的矿物成份主要为硅酸锆，硅酸锆在高温下会分解成ZrO₂和SiO₂，其分解开始温度为1540℃。由于具有很高的耐火度，且其烧结温度与熔化温度之间的范围宽，在所有耐火材料中烧结性最好，因而在生产大型铸钢件和重要铸钢、铸铁件时常被用作耐火涂料的粉料，浇注后涂层自动从铸件表面剥离，铸件表面光洁。锆石砂（粉）的缺点除来源有限、价格昂贵外，还存一些不足之处：当杂质（Ti0₂、CaO、MgO）含量多时，其分解温度与烧结温度也明显降低；由于其在高温下表现为弱酸性，对于高锰钢一类碱性钢种的抗粘砂性差。 

电熔刚玉是高纯度的Al₂O₃，它是高铝矾土经粉碎、洗涤后在电炉内于2000℃～2400℃高温下溶练而制得的，或以优质氧化铝粉经电熔再结晶而制行。铸造用的刚玉砂有白刚玉和棕刚玉两种，其Al₂O₃的质量百分数前者大于等于97%，后者大于等于92.5%。刚玉的密度为3.85g/cm³～3.9g/cm³，莫氏硬度大于9级，熔点为2000℃～2050℃，热导率大，热膨胀小且均匀，高温时体积稳定且不易龟裂。刚玉属两性氧化物，在高温下常呈弱碱性或呈中性，抗酸碱的作用能力强，在氧化剂、还原剂或各种金属液的作用下不发生变化，铝、锰、铁、锡、硅、钴、镍等金属元素都不与它发生反应。用电熔刚玉制造的熔模铸造型壳，其尺寸稳定性、热稳定性及高温化学稳定性均优越，是熔模铸造良好的耐火材料。电熔刚玉价格昂贵、资源短缺，目前仅应用于耐热高合金钢、不锈钢及镁合金等铸件的造型材料中。因此，在铸造行业，刚玉适用于制作大型铸钢件，特别是合金钢铸件涂料的耐火粉料。但刚玉粉的缺点是，其烧结性差，所生产的铸件表面虽不粘砂，但光洁性比锆石砂（粉）涂料的差。

熔融石英是采用普通优质硅砂在电弧炉或碳极电阻炉中熔融，随后迅速冷却而得，纯度比普通硅石要高得多，其密度为2.02g/cm³～2.18g/cm³，熔融石英的熔点约1713℃，其线膨胀系数很低，几乎在所有的耐火材料中熔融石英线膨胀系数最小，是一种良好的熔模铸造用耐火材料。所以熔融石英型壳和型芯在熔烧和浇注过程中不会因温度剧变而破裂。且由于熔融石英的线膨胀系数很小，故用作制壳材料有利于提高铸件的尺寸精度。熔融石英对于酸性物质有较好的化学稳定性，但对碱和碱性盐的抵抗能力较差，用于铸造涂料的耐火骨料，对于高锰钢一类碱性钢种的抗粘砂能力差。 

铝-硅系耐火材料是以氧化铝及二氧化硅为主要组成的铝硅酸盐，除主要成分Al₂O₃及SiO₂外，还有少量其他金属氧化物成分。铝-硅系耐火材料的耐火度高，热震稳定性和高温化学稳定性都比较好，线膨胀系数比硅及刚玉小，已广泛被用做熔模铸造制壳耐火材料。这类材料主要有高岭石类耐火粘土（生料及熟料）和高铝质耐火材料。对于高岭石类耐火熟料俗称莫来石粉，而高铝质耐火材料就是高铝矾土粉。这类铝-硅系耐火材料在铸造涂料中通常不单独作耐火骨料使用，而大多与其它耐火粉料配合作复合耐火粉料的骨料。这类耐火粉料作涂料时的最大缺点是，铸件表面不光洁，表面粘（涂料）粉。

石英粉（又称硅砂粉）是自然界储量最丰富、价廉易得的一种耐火骨料。石英粉的耐火度较高，且易于烧结是其特点之一，是广泛采用的铸钢铸铁用涂料耐火骨料之一。作为中等壁厚或中型铸钢件采用石英粉或石英粉与锆石粉配合使用，具有好的防粘砂效果，但对于合金钢件和大型铸钢件，其抗粘砂效果较差；同样地，其在高温下呈酸性，用于铸造涂料的耐火骨料，对于高锰钢一类碱性钢种的抗粘砂能力差。

申请人认为，综合上述各种耐火粉料优缺点的基础上，将回收的三类耐火粉料作为铸钢、铸铁涂料的耐火粉料是完全可行的。申请人经过研究发现，旧型壳浇注后相当于对型壳材料进行了一次热再生处理。对耐火材料进行热再生后的结果表明，可降低其线膨胀量，耐火材料粒表面杂质的气化、分解及燃烧，可大幅降低其发气量。这都是作为涂料耐火骨料所具备的好的性能。

鉴于上述回收的旧型壳的主要耐火粉料是锆石砂（粉）、刚玉粉、熔融石英粉和高岭土熟料及莫来石粉等。而这些粉料又是铸造涂料的常用耐火粉料。若能将熔模铸造旧型壳进行回收处理，将其用于铸钢、铸铁涂料的耐火粉料，将产生很大的经济、社会和环保效益。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术存在问题，进行改进，提出并研究回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料。

本发明的技术解决方案是，通过回收处理旧型壳，并对旧型壳进行分类加工，其特征在于，加工中主要采用了旧型壳的回收处理方法，获得旧型壳粉料，将旧型壳粉料用于制作铸造涂料的耐火骨料；

旧型壳的回收处理方法的步骤是：

（1)将旧型壳分为三类：

A类旧型壳：面层或近面层为锆石砂或锆石粉，加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；

A类旧型壳中含有占总重量10%～20%的锆石砂或锆石粉和占总重量80%～90%高岭石熟料和莫来石；

B类旧型壳：面层或近面层为刚玉粉或刚玉砂,加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；

B类旧型壳中含有占总重量15%～25%的刚玉、占总重量75%～85%的高岭石熟料和莫来石；

C类旧型壳：面层或近面层为熔融石英粉或熔融石英砂,加固层为石英粉或石英砂；

C类旧型壳中含有占总重量20%～30%的熔融石英和占总重量70%～80%的石英； 

（2）将上述三类旧型壳分开，进行人工分拣，除去铁豆、碎石杂物； 

（3）将人工分拣后的三类旧型壳物料送入烘干窑在200℃温度下烘干； 

（4)用破碎机将烘干后的三类旧型壳的物料分别破碎至80目以下，再分别进行磁选除铁，过筛，获取筛下物料； 

（5）将步骤（4）的筛下物料送至雷蒙磨磨粉至所要求的粉料粒度200目～600目，获得三类粉料；

（6）分别检测上述的三类粉料的化学成分，包括Al₂O₃，SiO₂和Fe₂O₃含量，其中Fe₂O₃含量控制在1%以下。

将旧型壳粉料用于制作铸造涂料的主耐火骨料的步骤是：

（1)先确定三类粉料组分:

A类粉料的组分含有10%～20%的锆英石和80%～90%的高岭石熟料和莫来石，是具有较高的耐火度和烧结性的耐火粉料；

B类粉料的组分含有15%～25%的刚玉和75%～85%的高岭石熟料和莫来石，是具有很高的耐火度和高温化学稳定性耐火粉料；

C类粉料的组分含有20%～30%的熔融石英和70%～80%的石英，是具有高的耐火度和高的热稳定性及较好的烧结性耐火粉料。

（2)将这三类耐火粉料或单独或复合作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料，或在此基础上再添加不超过30%～40%新的耐火粉料，作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料。

其特征在于，A类耐火粉料、B类耐火粉料和C类耐火粉料的复合比例有多种。

其特征在于，将人工分拣后的物料送入烘干窑在200℃温度下烘干的时间为1h（即1小时)。

其特征在于，A类耐火粉料、B类耐火粉料和C类耐火粉料的复合比例有多种，其中采用黄金分割线定律，列出典型的耐火骨料配比。

其特征在于，采用黄金分割线定律，列出其中典型的耐火骨料（重量）配比如下：

配比1，A类粉料100%；

配比2，A类粉料60%～70%、锆砂粉30%～40%；

配比3，A类粉料30%～40%、B类粉料60%～70%；

配比4，B类粉料60%～70%、刚玉粉30%～40%；

配比5，A类粉料30%～40%、C类粉料60%～70%；

配比6，C类粉料100%；

配比7，A类粉料60%～70%、；石墨粉30%～40%。

采用黄金分割线定律，列出典型的耐火骨料（重量）配比，在列出的典型的耐火骨料（重量）配比条件下，铸造涂料具有优良的综合性能，具体如表1。

                                                

。

本发明的创新点在于：1、对旧型壳回收加工再利用，减少了环境污染；2、回收加工旧型壳粉料的成本约600元～800元/t，只是购买新耐火粉料价格的1/4～1/10，经济效益明显；3、方法简便，步骤合理，便于实施，为现有的旧型壳的处理提供了一种方便快捷再利用的途径。 

本发明的优点是，构思新颖，方法简便，便于实施。

具体实施方式

下面，具体描述本发明的实施例。

实施例1：

本发明采用主要包含旧型壳的回收处理方法和将处理回收的旧型壳粉料用于制作铸造涂料的主耐火骨料的方法，其中，旧型壳的回收处理方法的步骤是：

(1)将旧型壳分为三类：

A类旧型壳：面层为锆石砂（粉），加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；A类旧型壳中含有占总重量10%的锆石砂（粉）和占总重量90%高岭石熟料和莫来石；

B类旧型壳：面层为刚玉粉,加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；B类旧型壳含有占总重量15%的刚玉、占总重量85%的高岭石熟料和莫来石；

C类旧型壳：面层为熔融石英粉(或熔融石英砂),加固层为石英粉(或石英砂)；C类旧型壳含有占总重量20%-30%的熔融石英和占总重量70%-80%的石英）； 

（2）将上述三类旧型壳分开，进行人工分拣，除去铁豆、碎石杂物； 

(3)将人工分拣后的三类旧型壳的物料送入烘干窑在200℃温度下烘干； 

(4)用破碎机将烘干后的三类旧型壳的物料分别破碎至80目以下，再进行磁选除铁，过筛，获取筛下物料； 

（5）将步骤（4）的筛下物料送至雷蒙磨磨粉至所要求的粉料粒度200目，获得三类粉料。 

（6）分别检测上述的三类粉料的化学成分，包括Al₂O₃，SiO₂和Fe₂O₃含量，其中Fe₂O₃含量控制在1%以下。   

将处理回收的旧型壳粉料用于制作铸造涂料的主耐火骨料的方法包括下列步骤：

(1)确定三类粉料组分:

A类粉料的组分含有10%的锆英石和90%的高岭石熟料和莫来石，是具有较高的耐火度和烧结性的耐火粉料；

B类粉料的组分含有15%的刚玉和85%的高岭石熟料和莫来石，是具有很高的耐火度和高温化学稳定性耐火粉料；

C类粉料的组分含有约20%的熔融石英和70%的石英，是具有高的耐火度和高的热稳定性及较好的烧结性耐火粉料。

(2)将这三类耐火粉料单独作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料，或将这三类耐火粉料复合作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料，或在此基础上再添加不超过30%新的耐火粉料，作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料；

A类耐火粉料、B类耐火粉料和C类耐火粉料的复合比例有多种， 采用黄金分割线定律，列出其中典型的耐火骨料配比：

配比1，A类粉料100%；

配比2，A类粉料60%、锆砂粉40%；

配比3，A类粉料30%、B类粉料70%；

配比4，B类粉料60%、刚玉粉40%；

配比5，A类粉料30%、C类粉料70%；

配比6，C类粉料100%；

配比7，A类粉料60%；石墨粉40%；

实施例2

本发明采用主要包含旧型壳的回收处理方法和将处理回收的旧型壳粉料用于制作铸造涂料的主耐火骨料的方法，其中，旧型壳的回收处理方法的步骤是：

(1)将旧型壳分为三类：

A类旧型壳：近面层为锆英砂，加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；A类旧型壳含有占总重量20%的锆石粉(或锆石砂)和占总重量80%高岭石熟料和莫来石；

B类旧型壳：近面层为刚玉砂,加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；B类旧型壳含有占总重量25%的刚玉、占总重量75%的高岭石熟料和莫来石；

C类旧型壳：近面层）为熔融石英砂,加固层为石英粉(或石英砂)；C类旧型壳含有占总重量30%的熔融石英和占总重量70%的石英； 

（2）将上述三类旧型壳分开，进行人工分拣，除去铁豆、碎石杂物； 

(3)将人工分拣后的三类旧型壳的物料送入烘干窑在200℃温度下烘干，烘干时间1小时； 

(4)用破碎机将烘干后的三类旧型壳的物料分别破碎至80目以下，再进行磁选除铁，过筛，获取筛下物料； 

(5)将步骤（4）的筛下物料送至雷蒙磨磨粉至所要求的粉料粒度600目，获得三类粉料。 

(6)分别检测上述的三类粉料的化学成分，包括Al₂O₃，SiO₂和Fe₂O₃含量，其中Fe₂O₃含量控制在1%以下。   

将处理回收的旧型壳粉料用于制作铸造涂料的主耐火骨料的方法包括下列步骤：

(1)确定三类粉料组分:

A类粉料的组分含有20%的锆石和80%的高岭石熟料和莫来石，是具有较高的耐火度和烧结性的耐火粉料；

B类粉料的组分含有25%的刚玉和75%的高岭石熟料和莫来石，是具有很高的耐火度和高温化学稳定性耐火粉料；

C类粉料的组分含有约30%的熔融石英和70%的石英，是具有高的耐火度和高的热稳定性及较好的烧结性耐火粉料。

(2) 将这三类耐火粉料单独作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料，或将这三类耐火粉料复合作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料，或在此基础上再添加不超过40%新的耐火粉料，作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料。

A类耐火粉料、B类耐火粉料和C类耐火粉料的复合比例有多种，采用黄金分割线定律，列出其中典型的耐火骨料配比：

配比1，A类粉料100%；

配比2，A类粉料60%～70%、锆砂粉30%～40%；

配比3，A类粉料30%～40%、B类粉料60%～70%；

配比4，B类粉料60%～70%、刚玉粉30%～40%；

配比5，A类粉料30%～40%、C类粉料60%～70%；

配比6，C类粉料100%；

配比7，A类粉料60%～70%、石墨粉30%～40%；

由本发明制作铸造涂料的耐火骨料在试验中的效果如表2

，

表1中的典型耐火骨料配方为100%，通过添加3%～4%的悬浮剂，1%～3%的粘结剂，以及助剂和适量溶剂配制成水基或醇基涂料，调整至合适的密度、粘度，在相关铸件的生产中进行了应用试验，见表3的具体应用试验1～7的数据。结果表明，涂料悬浮稳定性良好，施涂涂层表面光洁；铸件涂层大部自动剥离，表面无粘砂、光洁。

Claims (5)

1.回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料，通过回收处理旧型壳，并对旧型壳进行分类加工，其特征在于，加工中主要采用了旧型壳的回收处理方法，获得旧型壳粉料，将旧型壳粉料用于制作铸造涂料的耐火骨料；

旧型壳的回收处理方法的步骤是：

(1)将旧型壳分为三类：

A类旧型壳：面层或近面层为锆石砂或锆石粉，加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；

A类旧型壳中含有占总重量10%～20%的锆石砂或锆石粉和占总重量80%～90%高岭石熟料和莫来石；

B类旧型壳：面层或近面层为刚玉粉或刚玉砂,加固层为铝-硅系耐火材料，铝-硅系耐火材料采用高岭石熟料和莫来石；

B类旧型壳中含有占总重量15%～25%的刚玉、占总重量75%～85%的高岭石熟料和莫来石；

C类旧型壳：面层或近面层为熔融石英粉或熔融石英砂,加固层为石英粉或石英砂；

C类旧型壳中含有占总重量20%～30%的熔融石英和占总重量70%～80%的石英； 

（2）将上述三类旧型壳分开，进行人工分拣，除去铁豆、碎石杂物； 

（3）将人工分拣后的三类旧型壳物料送入烘干窑在200℃温度下烘干； 

（4）用破碎机将烘干后的三类旧型壳的物料分别破碎至80目以下，再分别进行磁选除铁，过筛，获取筛下物料； 

（5）将步骤（4）的筛下物料送至雷蒙磨磨粉至所要求的粉料粒度200目～600目，获得三类粉料；

（6）分别检测上述的三类粉料的化学成分，包括Al₂O₃，SiO₂和Fe₂O₃含量，其中Fe₂O₃含量控制在1%以下；

将旧型壳粉料用于制作铸造涂料的主耐火骨料的步骤是：

（1）先确定三类粉料组分:

A类粉料的组分含有10%～20%的锆英石和80%～90%的高岭石熟料和莫来石，是具有较高的耐火度和烧结性的耐火粉料；

B类粉料的组分含有15%～25%的刚玉和75%～85%的高岭石熟料和莫来石，是具有很高的耐火度和高温化学稳定性耐火粉料；

C类粉料的组分含有20%～30%的熔融石英和70%～80%的石英，是具有高的耐火度和高的热稳定性及较好的烧结性耐火粉料；

（2）将这三类耐火粉料或单独或复合作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料，或在此基础上再添加不超过30%～40%新的耐火粉料，作为铸钢、铸铁涂料的耐火骨料。

2.根据权利要求1所述的回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料，其特征在于，A类耐火粉料、B类耐火粉料和C类耐火粉料的复合比例有多种。

3.根据权利要求1所述的回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料，其特征在于，将人工分拣后的物料送入烘干窑在200℃温度下烘干的时间为1h（即1小时)。

4.根据权利要求2所述的回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料，其特征在于，A类耐火粉料、B类耐火粉料和C类耐火粉料的复合比例有多种，其中采用黄金分割线定律，列出典型的耐火骨料配比。

5.根据权利要求4所述的回收利用熔模铸造旧型壳粉料作铸造涂料的耐火骨料其特征在于，采用黄金分割线定律，列出其中典型的耐火骨料（重量）配比如下：

配比1，A类粉料100%；

配比2，A类粉料60%～70%、锆砂粉30%～40%；

配比3，A类粉料30%～40%、B类粉料60%～70%；

配比4，B类粉料60%～70%、刚玉粉30%～40%；

配比5，A类粉料30%～40%、C类粉料60%～70%；

配比6，C类粉料100%；

配比7，A类粉料60%～70%、；石墨粉30%～40%。